Das Spiel der Kugelumlaufspindel ist der axiale Totgang, der auftritt, wenn sich die Bewegungsrichtung umkehrt. Die Spindel oder der Motor haben möglicherweise bereits die Richtung geändert, aber die Mutter, der Tisch oder das bewegliche Bauteil reagieren nicht sofort, da zunächst mechanischer Abstand hergestellt werden muss.
Bei allgemeinen Automatisierungsgeräten kann ein kleiner Spielraum akzeptabel sein. Bei CNC-Maschinen, Messgeräten und Anwendungen mit häufigen Richtungswechseln kann jedoch ein übermäßiges Spiel die Positionierungsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit beeinträchtigen.
Was ist Spiel in einem Kugelgewindetrieb?
Eine Kugelumlaufspindel besteht aus einer Spindelwelle, einer Kugelmutter und umlaufenden Stahlkugeln. Die Kugeln rollen zwischen passenden Laufbahnen in der Welle und der Mutter, um eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln.
Wenn zwischen den Kugeln und den Laufbahnen ein Axialspiel besteht, muss sich die Antriebsseite bei der Drehrichtungsumkehr durch dieses Spiel bewegen, bevor die Last vollständig in die entgegengesetzte Richtung übertragen wird. Dies führt zu Spiel oder Totgang.
Das Spiel der Kugelumlaufspindel darf nicht mit der Steigungsgenauigkeit verwechselt werden. Die Voreilgenauigkeit beschreibt den Unterschied zwischen theoretischer und tatsächlicher Fahrt über eine bestimmte Distanz. Spiel beschreibt Totgang während der Richtungsumkehr. Eine höhere Genauigkeitsklasse bedeutet nicht automatisch, dass die Baugruppe kein Axialspiel aufweist.
Was verursacht das Spiel der Kugelumlaufspindel?
Fertigungs- und Montagefreigabe
Einige Standard-Kugelumlaufspindelmuttern sind mit einem kontrollierten Innenspiel ausgestattet, um einen reibungslosen Lauf und ein angemessenes Drehmoment zu gewährleisten. Dies weist nicht unbedingt auf einen Herstellungsfehler hin.
Wenn ein geringeres Spiel erforderlich ist, müssen Kugelgröße, Laufbahngeometrie und Vorspannung während der Produktion und Montage richtig aufeinander abgestimmt werden. Der zufällige Einbau größerer Kugeln ist keine sichere Einstellungsmethode, da übermäßige Übergriffe das Drehmoment, die Hitze und den Laufbahnverschleiß erhöhen können.
Verschleiß von Kugeln und Laufbahnen
Bei wiederholtem Betrieb verschleißen die Kugeln und Laufbahnen allmählich. Bei übermäßiger Belastung, Stößen, Verschmutzung, unzureichender Schmierung oder schlechter Ausrichtung kann sich Verschleiß schneller entwickeln. Durch den Verschleiß der Kontaktflächen kann sich das innere Axialspiel vergrößern.
Wenn Spiel nur in einem Abschnitt des Schraubenhubs auftritt, sollte an lokalen Verschleiß oder Schaden an der Laufbahn gedacht werden. Wenn auch die Schraubenwelle abgenutzt ist, lässt sich das Problem möglicherweise nicht beheben, wenn nur die Mutter ausgetauscht wird.
Stütztragende Bewegung
Nicht alle gemessenen Umkehrfehler sind auf die Kugelmutter zurückzuführen. Lockere Sicherungsmuttern, falsche Lagervorspannung oder verschlissene Festlager können dazu führen, dass sich die gesamte Spindelwelle axial verschiebt.
Prüfen Sie vor dem Ersetzen der Mutter, ob sich das Schraubenende bei axialer Krafteinwirkung bewegt. Wenn sich die komplette Schraube innerhalb der Trägeranordnung bewegt, kann die Lagerbaugruppe für den Fehler verantwortlich sein.
Lose Kupplungen oder Mutternbefestigungen
Auch eine lockere Motorkupplung, eine lockere Mutter-Sitz-Schraube oder ein loses Lagergehäuse können beim Rückwärtsfahren zu einem Bewegungsverlust führen. Der am Maschinentisch gemessene Wert kann daher größer sein als das tatsächliche Spiel innerhalb der Mutter.
Falsche Installation
Eine Fehlausrichtung zwischen Spindelwelle, Mutterngehäuse und Stützlagern führt nicht immer sofort zu Spiel. Es führt jedoch zu ungleichmäßiger Belastung, höherem Laufwiderstand und lokalem Verschleiß, der mit der Zeit zu einem größeren Spiel führen kann.
Wie wirkt sich das Spiel auf ein lineares Bewegungssystem aus?
Positionierungsfehler
Wenn eine Achse umkehrt, kann es sein, dass sich der Motor oder die Schraube bewegt, bevor der Tisch reagiert. Sollposition und tatsächliche Position können daher abweichen, insbesondere wenn das Ziel aus wechselnden Richtungen angefahren wird.
Reduzierte Wiederholbarkeit
Eine Maschine kann bei Annäherung aus einer Richtung kontinuierlich zu einer Position zurückkehren, bei Annäherung aus der entgegengesetzten Richtung jedoch ein anderes Ergebnis erzielen. Dies ist ein häufiges Anzeichen für einen umkehrbedingten Bewegungsverlust.
Bearbeitungs- und Oberflächenfehler
Bei CNC-Geräten kann Spiel zu Maßabweichungen, sichtbaren Markierungen bei Konturänderungen oder instabilem Schnitt beim Umkehren einer Achse führen. Der Schweregrad hängt vom Maschinenaufbau, der Schnittlast und dem Steuerungssystem ab.
Lärm und Vibration
Spiel kann dazu führen, dass eine Komponente nach der Umkehrung plötzlich wieder einrastet und Stöße, Vibrationen oder Geräusche erzeugt. Ungewöhnliche Geräusche allein beweisen jedoch nicht, dass die Kugelmutter übermäßiges Spiel hat. Auch Schmierung, Ausrichtung, Stützlager und andere Antriebskomponenten sollten überprüft werden.
Wie kann das Spiel der Kugelumlaufspindel reduziert werden?
Verwenden Sie eine ordnungsgemäß passende vorgespannte Mutter
Durch die Vorspannung entsteht eine kontrollierte innere Kraft zwischen den Kugeln und den Laufbahnen. Es trägt zur Reduzierung des Axialspiels bei und verbessert die Steifigkeit und das Umkehrverhalten.
Die Vorspannung muss der erforderlichen Last, Drehzahl, Motordrehmoment und Einschaltdauer entsprechen. Eine zu hohe Vorspannung kann die Reibung, die Betriebstemperatur und den Verschleiß erhöhen, daher ist eine höhere Vorspannung nicht automatisch besser.
Betrachten Sie eine Doppelmutterstruktur
Eine Doppelkugelmutter verwendet zwei gegeneinander vorgespannte Mutternabschnitte. Diese Struktur bietet eine bessere Spielkontrolle und eine höhere axiale Steifigkeit als eine Einzelmutter mit Standardspiel, erfordert jedoch mehr Einbauraum und erzeugt im Allgemeinen einen höheren Laufwiderstand.
Einen detaillierten Vergleich dieser beiden Strukturen finden Sie unterSFU- vs. DFU-Kugelgewindetrieb: Spiel-, Last- und Präzisionsunterschiede.
Korrigieren Sie Installationsfehler
Überprüfen Sie die Ausrichtung von Schraube, Mutterngehäuse und Stützeinheiten. Stellen Sie sicher, dass die Lagersicherungsmutter, die Kupplung, der Mutternflansch und die Befestigungsschrauben ordnungsgemäß befestigt sind.
Wenn der Fehler auf ein lockeres Stützlager oder eine lose Kupplung zurückzuführen ist, kann das Problem durch den Austausch der Kugelmutter nicht behoben werden.
Sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Schmierung
Durch die Schmierung wird das vorhandene mechanische Spiel nicht direkt beseitigt, sie verringert jedoch die Reibung und trägt dazu bei, den Verschleiß der Kugeln und Laufbahnen zu verlangsamen. Der Schmierstofftyp und das Wartungsintervall sollten der Geschwindigkeit, Last, dem Hub und der Arbeitsumgebung entsprechen.
Ersetzen Sie abgenutzte Komponenten
Wenn Mutter, Spindellaufbahn oder Stützlager bereits abgenutzt sind, bringt eine Justierung möglicherweise nur eine vorübergehende Verbesserung. Die verschlissenen Komponenten sollten überprüft werden, um festzustellen, ob ein Austausch der Mutter oder eine vollständig passende Schrauben-Mutter-Baugruppe angemessener ist.
Detailliertere Korrekturmethoden werden in erläutertSo eliminieren Sie Spiel in Kugelgewindetrieben.
Kann das Spiel vollständig eliminiert werden?
Eine richtig ausgewählte vorgespannte Kugelumlaufspindel kann das messbare Axialspiel auf ein sehr niedriges Niveau reduzieren. Die Beschreibung der kompletten Maschinenachse als „absolut spielfrei“ ist jedoch meist irreführend.
Der endgültige Umkehrfehler kann immer noch durch die Bewegung des Stützlagers, die Verformung der Kupplung, die Steifigkeit des Mutternsitzes, die Verformung des Maschinenrahmens, die Wärmeausdehnung und die Einstellungen des Steuerungssystems beeinflusst werden.
Das praktische Ziel besteht daher darin, den gesamten Totgang innerhalb der Positionierungsanforderungen der Maschine zu kontrollieren, anstatt die höchstmögliche Vorspannung anzustreben, ohne Drehmoment, Wärme und Lebensdauer zu berücksichtigen.
Was sollte vor dem Austausch einer Kugelmutter überprüft werden?
Bevor Sie einen Ersatz bestellen, bestätigen Sie Folgendes:
- Komplettes Schrauben- und Mutternmodell
- Schraubendurchmesser und Steigung
- Einzel- oder Doppelmutter-Struktur
- Ursprüngliche Spiel- oder Vorspannungsanforderung
- Ob das Spiel über den gesamten Hub oder nur lokal auftritt
- Zustand der Schraubenlaufbahn und des Mutternumlaufs
- Feststehendes Stützlagerwerk
- Zustand der Kupplung, des Muttersitzes und der Befestigungsschraube
Einer der häufigsten Fehler beim Austausch besteht darin, eine Mutter nur nach Nenndurchmesser und Steigung zu bestellen. Zwei mit ähnlichen Grundgrößen gekennzeichnete Muttern können sich dennoch in den Flanschabmessungen, der Umlaufstruktur, der inneren Anpassung und der Vorspannung unterscheiden.
Weitere Informationen zum Austausch von Muttern und passenden Baugruppen finden Sie unterKann eine spielfreie Kugelumlaufspindelmutter das Spiel wirklich beseitigen?.
Passende Kugelumlaufspindel und Mutter von DLY
DLY liefert gerollte C7-Kugelumlaufspindeln für die allgemeine Automatisierung und geschliffene C5-Kugelumlaufspindeln für Anwendungen, die eine höhere Steigungsgenauigkeit erfordern. Kugelumlaufspindelwellen bestehen aus S55C-Stahl, während DLY-Kugelmuttern aus legiertem 20CrMo-Stahl bestehen.
Wenn eine Spielkontrolle erforderlich ist, sollten Schraubendurchmesser, Steigung, Mutterstruktur, Vorspannung, Stützanordnung und Einbaubedingungen gemeinsam bestätigt werden. Bei Austauschprojekten sind klare Fotos, das vollständige Modell und eine Zeichnung zuverlässiger als Durchmesser und Blei allein.
Benötigen Sie Hilfe bei der Prüfung des Kugelumlaufspiels?
Senden Sie DLY das Schraubenmodell, den gemessenen Umkehrfehler, die Mutterstruktur, die Stützlageranordnung und die Anwendungsanforderungen zur Überprüfung.
E-Mail: export@dlybearing.com
Kontaktieren Sie DLY
